서 론
재료 및 방법
1. 재배 환경 및 실험 재료
2. 분무경 베드 정식 및 양액 공급
3. 순환 양액 가온
4. 근권부 이온 성분 분석 및 용액 샘플
5. 향신채소(루꼴라, 고수, 바질, 공심채)별 생육 및 수확 조사 항목
6. 통계 분석
결과 및 고찰
1. 저온기 양액 가온 온도에 따른 순환 탱크 및 근권부 온도
2. 양액 가온에 따른 순환 양액 특성 변화
3. 근권부 온도에 따른 호냉성 향신채소 2종(루꼴라, 고수)의 생육 및 수량
4. 근권부 온도에 따른 호온성 향신채소 2종(바질, 공심채)의 생육 및 수량
결 론
서 론
분무경(aeroponics)은 배지 없이 양액만으로 작물을 재배하는 순수수경(water culture) 방식 중 하나로, 뿌리를 공기 중에 노출시킨 후 분무 노즐을 통해 양액을 공급한다. 분무경 외에도 엽채류를 재배하는 수경재배 방식에는 배지경(substrate culture)과 박막경(nutrient film technique)이 있는데, 배지경은 펄라이트 고형 배지에 뿌리를 고정시키고 양액을 공급하는 방식이며, 박막경은 양액이 얇은 막 형태로 경사면을 따라 흐르면서 작물의 뿌리에 공급되는 방식이다. 분무경은 다른 수경재배 방식에 비해 근권부에 산소 공급이 원활하여 초기 뿌리 발달 및 생육이 빠르다. 또한 배지경 또는 박막경에 비해 양액 사용량이 적어 비료와 물 사용을 절감할 수 있다. 분무경은 상판에 묘를 정식한 후 잎 또는 포기 형태의 수확이 모두 용이해 다품목 소면적 재배에 적합하다. 국내 엽채류 수경재배 면적이 증가하고 있으며, 농경지에 전기와 농업용수가 안정적으로 공급됨에 따라 분무경을 도입하는 농가가 늘고 있다. 분무경 농가의 품목은 잎상추뿐 아니라 샐러드용 결구상추, 케일, 셀러리, 적근대 등 기능성 엽채류, 루꼴라, 고수, 바질, 공심채 등 향신채소류, 참나물 등 산채류 등으로 재배 품목이 점차 다양해지고 있다.
최근 다양한 향미의 식재료를 포함한 외국 식문화의 유입과 국내 외식 산업의 발달, 국내 외국인 거주자의 증가 등으로 국내 향신채소에 대한 수요 및 소비가 증가하고 있다. 향신채소란 특유의 향과 맛을 내며 요리에 풍미를 더하는 채소류를 뜻하며, 일반적으로 국내 소비량이 많은 마늘, 양파, 고추 등의 조미 채소(condiment vegetable)와 루꼴라, 고수, 바질, 공심채와 같이 고유한 향미를 가진 엽경채류를 포함한다. 일반적으로 조미 채소는 소량 첨가되어 맛을 더하는 보조적 기능을 하지만, 루꼴라 등의 엽경채류는 고유의 풍미와 식감을 가져 음식의 주재료로 활용 가능하며, 생육 기간이 짧고 수경재배에 적합하여 향후 고부가가치 품목으로 잠재력이 크다.
루꼴라(Arugula, Eruca sativa L.)는 십자화과에 속하며 지중해 연안이 원산으로 고소하고 쌉쌀한 맛이 있어 생식, 조리, 가공 등 다양한 용도로 사용된다. 특유의 비릿한 향을 가진 고수(Coriander, Coriandrum sativum L.)는 미나릿과에 속하며 지중해 지역이 원산으로 한나라 때 동양으로 들여와 현재는 중국을 비롯한 동남아 국가에서 다양하게 이용된다. 바질(Basil, Ocimum basilicum L.)은 꿀풀과에 속하며 인도와 남아시아 원산으로 생식, 조리, 가공에 다양하게 사용된다(Sipos 등, 2021). 공심채(Water spinach, Ipomoea aquatica Forsk.)는 메꽃과에 속하며 아프리카, 아시아, 남부에 속하는 수생·반수생성 식물로, 주로 조리용으로 소비된다.
국내 시설 재배 면적 증가로 상추 등 엽채류의 연중 소비가 일반화되면서 루꼴라, 고수, 바질, 공심채와 같은 향신채소에 대한 연중 수요 또한 증가하고 있다. 이러한 향신채소를 겨울철 재배했을 때 다른 엽채류와 마찬가지로 저온, 저광, 다습으로 인한 생육 저하 및 수량 감소, 병 발생 증가 등 문제가 발생하고 있다. 지중해 연안이 원산인 루꼴라, 고수의 생육 적온은 각각 10－25℃, 15－20℃로 서늘한 기후를 선호하여 비교적 저온 환경에 대한 적응성이 높다(Dolezaloval 등, 2013; Yadav 2024). 루꼴라와 고수는 5－6℃ 이하의 온도에서 생육 저하, 수량 감소 등 저온 피해가 발생한다. 열대·아열대 지역이 원산인 바질과 공심채는 겨울철 저온에 더 민감하다. 바질의 생육 적온은 25－30℃로 12℃ 이하의 온도에서는 냉해 피해를 보이며 잎의 갈변 및 탈리, 잎 두께 증가, 생육 저하 등의 증상을 보이며 수확 후 저장 기간을 단축하고, 품질 및 시장성 저하를 유발한다(Chang 등, 2005; Ribeiro와 Simon, 2007). 공심채의 생육 적온은 24－29℃로 10℃ 이하의 온도에서는 냉해 피해를 보이며 잎의 탈리, 줄기 조직 경화, 생육 저하 등의 증상을 보인다.
시설 내 작물 재배 시 온도, 광도, 습도 등 다양한 지상부 환경은 작물의 생육 및 수량에 큰 영향을 끼친다. 특히 지상부 온도는 작물의 광합성과 생장에 큰 영향을 끼치며, 시설 내 상추 수경재배 시 지상부 온도가 높을수록 생장률이 증가하고 온도가 낮을수록 건물중률은 높아진다(Gent, 2014). 따라서 온실 환경 관리 시 작물의 생육 적온을 유지하기 위해 저온기 난방 또는 고온기 냉방을 한다. 저온기 시설 내부의 온도를 생육 적온까지 올리기 위해서는 설비 및 에너지 소모에 따른 운영 비용이 높아 작물 생육에 적합한 온실 환경을 유지하는 데 어려움이 많다. 최근 연구에 따르면 냉각·가온 처리된 양액 공급, 근권 주변 냉난방 관을 설치 등을 통해 근권부 온도를 제어하여 지상부 고온 또는 저온으로 인한 작물의 온도 스트레스를 경감하고 생육과 수량을 개선할 수 있다(Kawasaki 등, 2014; Kwack 등, 2014; Lee 등, 2022). 생육 적온 등 작물의 생리적 특성에 따라 양액 가온을 통한 근권부 온도 제어가 작물의 생육 및 수량에 미치는 영향이 다를 수 있다.
따라서 본 연구는 저온기 주요 향신채소 분무경 재배 시 공급 양액의 온도 조절을 통해 근권부 온도 변화를 확인하고 근권부 온도 상승이 지상부 및 지하부 생육과 수확 시 품질·수량에 미치는 영향을 기반으로 각 향신채소별 적정 근권부 온도 제어 범위를 구명하여 온실 전체 온도 조절보다 적은 에너지를 투입하여 작물 생산성을 높일 수 있는 기술을 개발하고자 하였다.
재료 및 방법
1. 재배 환경 및 실험 재료
본 실험은 경상남도 함안군에 위치한 국립원예특작과학원 시설원예연구소 내 유리온실에서 2024년 12월 26일부터 2025년 1월 23일까지 수행하였다. 야간 온도 유지를 위해 난방 설정 온도는 13℃로 했으며, 보온 커튼은 일몰 전 40분부터 일출 후 60분까지 닫히도록 설정하였다. 실험 재료는 향신채소 중 국내 수요가 많은 루꼴라, 고수, 바질, 공심채를 선정하였다. 2024년 11월 루꼴라(세계종묘, 한국), 고수(세계종묘, 한국), 공심채(세계종묘, 한국), 스위트바질(다농, 한국) 종자를 각 셀의 크기가 가로 25mm×세로 25mm×높이 40mm인 200공 파종 암면(Grodan AO Plug, Roemond, the Netherlands)에 품목당 400립씩 파종하였다. 육묘 시 암면이 마르지 않도록 2－3일 간격으로 두상 관수하였다. 파종 4주 뒤 실생묘를 분무경 베드(재식밀도 40주/m2)에 품목별로 각각 272주씩 정식하였다.
2. 분무경 베드 정식 및 양액 공급
분무경 베드는 가로 0.6m×세로 6m로 베드 내부에 분무노즐(20－30L)을 20cm 간격으로 설치하였다. 공급 양액의 조성은 네덜란드 PBG 엽채류 양액 조성을 따랐으며 공급 시 주요 이온의 농도는 EC 1.8dS/m, pH 5.5로 공급하였다. 조성에 따른 다량 원소별 농도(mmol/L)는 NO₃-N 10.71, NH₄-N 0.10, PO₄-P 1.46, K 5.92, Ca 3.39, Mg 1.60, SO₄-S 1.25였다. 양액은 재배 기간 동안 폐기 없이 순환 사용하였고 일정량 이하로 떨어지는 경우 EC 1.8dS/m, pH 5.5의 양액으로 보충하였다. 급액과 휴지기의 시간은 주간(08:00－17:00)에는 1분/10분, 야간(20:00－06:00)에는 10초/10분으로 설정하여 근권부에 분무하였다. 분무경 시스템은 재배 베드와 분무노즐 및 급액관, 배액 회수 구멍·배관으로 구성되어 있다. 순환 탱크 내 양액이 베드 입구 쪽 급액관으로 공급되어 분무노즐을 통해 뿌리로 분사된다. 작물이 흡수하지 않은 양액은 베드 쪽 배액 회수 구멍과 배관을 통해 다시 순환 탱크 내로 들어와 재사용되게 된다.
3. 순환 양액 가온
양액 가온은 3kW 히터봉(KM-PD-T13K, KDHEATER, Korea)을 순환 양액 탱크(200L) 내부바닥에 1개씩 수평으로 설치하여 가동하였다. 가온 설정 온도는 20, 25, 30℃로 하였으며 양액 온도가 설정 온도만큼 충분히 가열되는 것을 확인하였다. 순환 양액 탱크 내부와 분무경 베드 바닥에 수온 측정용 데이터로거(HOBO, MX2021, Onset, MA, USA)를 설치하여 양액 온도를 10분 간격으로 수집하였다. 처리구명은 양액 가온과 설정 온도를 나타내는 NSH20, NSH 25, NSH 30(Nutrition Solution Heating at 20, 25, 30℃)으로 명명하였다.
4. 근권부 이온 성분 분석 및 용액 샘플
양액 가온 온도별 양액의 특성 및 주요 무기이온 농도 변화를 확인하기 위해 약 3일 간격으로 순환 양액을 채취하였다. 용액 샘플은 순환 탱크에서 처리별로 3번 반복하여 샘플링하였다. 양액 특성으로 EC, pH와 주요 무기이온(Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Cl-, NO3-, PO42-, SO42-) 함량을 분석하였다. 음이온인 NO₃⁻-N, S, P 및 Cl은 각각 0, 5, 10, 20 및 40ppm의 표준 용액을 사용하여 이온 크로마토그래피(IC) 기반의 표준 곡선을 통해 분석하였다. 시료 및 재생 용액은 질량 분석기가 결합된 이온 크로마토그래피(ICS-5000, Dionex, Sunnyvale, CA, USA)에 적용되었으며, 기준선은 0.7 mL·min⁻¹의 유속에서 안정화되었다. 금속 양이온(Ca2+, Mg2+, K+, Na+)의 농도는 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS; NexION 5000 Multi- Quadrupole, PerkinElmer, Waltham, MA, USA)를 이용하여 정량하였다. 이온 분석을 위해 사용한 표준 물질(KNO₃, Na₂SO₄, KH₂PO₄, NaCl, Ca(NO₃)₂, Mg(NO₃)₂, KCl, NaCl) 시약은 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다.
5. 향신채소(루꼴라, 고수, 바질, 공심채)별 생육 및 수확 조사 항목
루꼴라, 고수, 바질, 공심채는 정식 2주와 4주 후에 각각 생육 조사와 수확 조사를 진행하였다. 조사 항목은 엽록소함량, 엽수(ea), 지상부 생체중(g) 및 건물중(g), 근장(cm)을 공통적으로 선정하였으며 작목 특성에 맞게 초장(cm), 경경(mm), 엽장(cm), 엽폭(cm), 엽면적(cm2)을 추가하였다. 엽장, 엽폭 등 개별 잎에 대한 조사는 조사 주 내에서 가장 큰 잎을 선택하여 수행하였다. 정식 2주차 생육 조사에서는 처리구별 3주씩 3반복 수행하였으며(n = 9), 정식 4주차 수확 조사에서는 처리구별 10주씩 3반복 수행하였다(n = 30).
6. 통계 분석
데이터 전처리는 Excel 프로그램(Microsoft Office Professional Plus 2016, Redmond, WA, USA)을, 통계 분석은 R Studio(ver. 4.0.2)를 이용하였다. 양액 가온 온도에 따른 생육 및 수확 특성 비교는 각각 분산분석(ANOVA)을 통해 처리간 유의성을 검정하고, P-value가 0.05 미만인 경우 Duncan의 다중범위검정(DMRT)으로 사후검정을 수행하였다. 통계분석시 생육 분석은 처리별 3주씩 3반복(n = 9)으로, 수확 분석은 처리별 10주씩 3반복(n = 30)으로 설계하여 분석하였다.
결과 및 고찰
1. 저온기 양액 가온 온도에 따른 순환 탱크 및 근권부 온도
분무경 방식은 배지를 사용하지 않는 순수수경 방식 중 하나로, 근권부 환경 변화의 완충 작용을 하는 배지가 없기 때문에 양액 온도 제어를 통한 근권부 온도 제어가 비교적 용이하다. 온실 내부의 일일 최저, 평균, 최고 온도는 각각 13.75℃, 18.66℃, 30.08℃였으며, 재배 기간 중 최저 온도는 9.97℃였다(Table 1). 처리구별 순환 탱크 내 양액 가온 설정 온도는 각각 20, 25, 30℃로 설정하였다. 양액 가온을 하지 않은 무처리구의 순환 탱크와 근권부 최저 온도는 각각 15.03℃, 13.35℃였다(Table 1). 양액 가온을 하지 않은 무처리구의 근권부 온도는 주간에는 온실 내부 기온 상승에 맞춰 완만하게 상승하다가, 일몰 무렵 온실 내부 기온이 낮아지면서 서서히 떨어져 야간에는 온실 내부 기온과 유사했다. 순환 탱크 내 평균 온도는 무처리구에서 18.21℃, NSH30에서 29.17℃, NSH25에서 24.05℃, NSH20에서 20.17℃였다(Table 1). 대조구의 순환 탱크 내 온도는 온실 내부의 온도와 유사한 패턴을 보였으며, 처리구의 순환 탱크 온도는 가온 설정 값에 맞춰 비교적 일정한 온도를 유지하였다.
Table 1.
Comparison of recirculating tank temperature and root-zone temperature in the bed at different nutrient heating temperatures.
| Location |
Air environment | Recirculating tank | Root zone in the bed | ||||||
| Treatment | Control | NSHz20 | NSH25 | NSH30 | Control | NSH20 | NSH25 | NSH30 | |
| Tmeany | 18.66 ± 0.76x | 18.21 ± 0.84 | 20.17 ± 0.23 | 24.05 ± 0.21 | 29.17 ± 0.59 | 17.17 ± 0.86 | 18.62 ± 0.46 | 21.41 ± 0.37 | 24.61 ± 0.4 |
| Tmax | 30.08 ± 1.22 | 21.35 ± 0.79 | 22.02 ± 0.56 | 24.54 ± 0.13 | 29.87 ± 0.11 | 21.56 ± 0.82 | 22.24 ± 0.58 | 24.82 ± 0.14 | 29.58 ± 0.11 |
| Tmin | 13.75 ± 1.35 | 15.03 ± 1.26 | 18.91 ± 0.12 | 23.46 ± 0.50 | 28.15 ± 1.18 | 13.35 ± 1.35 | 13.78 ± 1.17 | 14.90 ± 1.23 | 16.02 ± 1.17 |
일반적으로 야간에는 작물의 증산과 뿌리의 양분 흡수가 활발하게 이루어지지 않기 때문에 뿌리의 과습 등을 막기 위해 배지경 재배 시 야간 급액을 하지 않는다. 그러나 배지가 없이 뿌리가 공기 중에 노출된 분무경은 뿌리가 건조하지 않도록 근권부 습도를 유지해야 하기 때문에(Park 등, 2014), 주간과 동일 간격으로 급액하거나 야간에 시간을 줄여 급액을 시행한다(Lakhiar 등, 2018). 가온 양액이 노즐을 통해 베드 내로 분무되며 베드 내부 온도를 높여, 순환 탱크 내 양액의 온도가 높을수록 근권부 온도가 높았다. 다만 노즐을 통한 분무 과정에서 양액이 가지고 있는 열이 손실되면서 베드 내 근권부 온도가 순환 탱크 내 양액 온도보다 낮았다. 대조구의 근권부 온도가 최저 13.35℃, 평균 17.17℃로(Table 2). 양액을 가온해 공급할 경우 근권부 온도를 높일 수 있었으며, 근권부 평균 온도는 NSH30는 24.61℃, NSH25는 21.41℃, NSH20는 18.62℃였다(Table 1).
Table 2.
Effects of different root-zone temperatures on the growth characteristics (2 weeks) and the harvest characteristics (4 weeks) of arugula (Eruca sativa L.) during the low temperature season.
| DATz | Treatment |
Contents of chlorophyll |
No. of leaves (ea) |
Leaf length (cm) |
Leaf width (cm) |
Leaf area (cm2) | Shoot | Root | ||||||||||
|
Fresh weight (g) |
Dry weight (g) |
Root length (cm) | ||||||||||||||||
| 2W | Control | 30.5 ± 0.9y | -x | 6.6 ± 0.3 | a | 10.9 ± 0.1 | - | 4.4 ± 0.2 | - | 71.4 ± 4.8 | - | 3.02 ± 0.09 | - | 0.25 ± 0.02 | - | 40.2 ± 2.2 | - | |
| NSHw20 | 27.7 ± 1.8 | - | 5.8 ± 0.1 | b | 10.6 ± 0.4 | - | 3.9 ± 0.1 | - | 59.0 ± 4.3 | - | 2.33 ± 0.11 | - | 0.17 ± 0.01 | - | 35.5 ± 0.3 | - | ||
| NSH25 | 27.2 ± 1.6 | - | 6.6 ± 0.3 | a | 9.9 ± 0.6 | - | 3.9 ± 0.3 | - | 63.7 ± 3.7 | - | 2.76 ± 0.21 | - | 0.21 ± 0.02 | - | 38.9 ± 3.7 | - | ||
| NSH30 | 31.2 ± 0.8 | - | 6.9 ± 0.1 | a | 11.5 ± 0.3 | - | 4.3 ± 0.1 | - | 67.0 ± 6.4 | - | 2.86 ± 0.21 | - | 0.23 ± 0.02 | - | 43.4 ± 1.3 | - | ||
| 4W | Control | 33.1 ± 1.0 | - | 12.1 ± 0.3 | a | 26.4 ± 0.4 | a | 9.7 ± 0.3 | a | 610.9 ± 7.2 | a | 33.20 ± 0.47 | a | 2.19 ± 0.05 | a | 56.9 ± 1.2 | - | |
| NSH20 | 32.0 ± 0.8 | - | 9.7 ± 0.4 | c | 24.0 ± 0.6 | b | 8.1 ± 0.1 | b | 452.8 ± 45.7 | b | 22.05 ± 2.41 | b | 1.45 ± 0.16 | b | 56.2 ± 1.8 | - | ||
| NSH25 | 32.1 ± 0.4 | - | 11.2 ± 0.2 | b | 25.6 ± 0.6 | a | 8.8 ± 0.3 | b | 542.5 ± 25.7 | ab | 30.07 ± 1.33 | a | 2.24 ± 0.07 | a | 59.6 ± 0.8 | - | ||
| NSH30 | 33.3 ± 0.5 | - | 12.1 ± 0.1 | a | 26.6 ± 0.3 | a | 8.8 ± 0.2 | b | 585.7 ± 22.3 | a | 33.07 ± 0.66 | a | 2.33 ± 0.05 | a | 56.4 ± 0.9 | - | ||
2. 양액 가온에 따른 순환 양액 특성 변화
순환 탱크 내 양액이 일정 수위(100L) 이하로 떨어지는 경우 표준 양액(EC 1.7dS/m, pH 5.5)을 추가하였으며, 재배기간 중 2회에 걸쳐(8 DAT, 19 DAT) 약 50 L씩 추가하였다. 순환 양액 특성 변화 분석을 위해 정식 일주일 뒤부터 3－4일 간격으로 양액의 EC, pH와 다량원소(양이온 Ca2+, Mg2+, K+, Na+, 음이온 Cl-, NO3-, PO42-, SO42-)의 농도를 측정하였다.
순환 양액의 EC농도(dS/m)는 대조구와 처리구가 전반적으로 비슷한 증가 패턴을 보였으나, 가온 설정 온도가 높을수록 EC농도도 높았다(Fig. 1A). 반면 순환 양액의 pH는 전체 재배기간동안 대조구와 처리구가 유사한 값을 보였다(Fig. 1B). 양액 가온 설정 온도별로 같은 베드에서 4종의 향신채소를 함께 재배하였다. 루꼴라와 고수는 근권부 온도에 따른 유의한 경향성이 확인되지 않았으나, 바질과 공심채는 양액 가온 설정온도가 높을수록 생육이 우수했다(Tables 2, 3, 4, 5). 본 연구에서는 양액 보충을 2회에 걸쳐 하였으므로, 순환식 수경재배에서는 물만 소모되고 양분은 축적되는 특성을 지니므로, 양액 가온 설정 온도가 높은 베드는 상대적인 엽면적 증가로 인해 증산이 증가하여 양액의 EC가 높아진 것으로 생각된다(Fig. 1).
Table 3.
Effects of different root-zone temperatures on the growth characteristics (2 weeks) and the harvest characteristics (4 weeks) of coriander (Coriandrum sativum L.) during the low temperature season.
| DATz | Treatment |
Contents of chlorophyll |
No. of leaves (ea) |
Leaf area (cm2) | Shoot | Root | ||||||||
|
Fresh weight (g) |
Dry weight (g) |
Root length (cm) | ||||||||||||
| 2W | Control | 34.0 ± 0.5y | -x | 5.7 ± 0.3 | - | 32.7 ± 6.4 | - | 0.96 ± 0.19 | - | 0.11 ± 0.02 | - | 27.4 ± 1.3 | b | |
| NSHw20 | 33.9 ± 0.7 | - | 5.9 ± 0.2 | - | 40.8 ± 2.6 | - | 1.36 ± 0.08 | - | 0.15 ± 0.01 | - | 30.0 ± 1.4 | ab | ||
| NSH25 | 34.7 ± 1.7 | - | 5.7 ± 0.2 | - | 24.4 ± 2.8 | - | 0.79 ± 0.05 | - | 0.08 ± 0.01 | - | 37.1 ± 3.3 | a | ||
| NSH30 | 35.1 ± 0.9 | - | 6.2 ± 0.2 | - | 37.6 ± 4.3 | - | 1.03 ± 0.15 | - | 0.14 ± 0.02 | - | 35.4 ± 1.8 | a | ||
| 4W | Control | 39.2 ± 0.6 | - | 9.2 ± 0.2 | b | 247.2 ± 23.2 | - | 9.28 ± 0.89 | ab | 1.12 ± 0.12 | ab | 59.2 ± 0.5 | - | |
| NSH20 | 38.2 ± 0.3 | - | 9.5 ± 0.3 | b | 253.1 ± 15.4 | - | 9.22 ± 0.63 | ab | 1.16 ± 0.04 | ab | 63.7 ± 2.3 | - | ||
| NSH25 | 37.7 ± 0.6 | - | 8.8 ± 0.2 | b | 213.5 ± 5.4 | - | 7.92 ± 0.10 | b | 0.97 ± 0.01 | b | 65.7 ± 3.4 | - | ||
| NSH30 | 39.8 ± 0.4 | - | 10.5 ± 0.2 | a | 270.6 ± 7.9 | - | 10.86 ± 0.37 | a | 1.29 ± 0.03 | a | 65.0 ± 1.0 | - | ||
Table 4.
Effects of different root-zone temperatures on the growth characteristics (2 weeks) and the harvest characteristics (4 weeks) of basil (Ocimum basilicum L.) during the low temperature season.
| DATz | Treatment |
Contents of chlorophyll |
Plant height (cm) |
Stem diameter (mm) |
No. of leaves (ea) |
Leaf length (cm) |
Leaf width (cm) | Shoot | Root | |||||||||||
|
Fresh weight (g) |
Dry weight (g) |
Root length (cm) | ||||||||||||||||||
| 2W | Control | 28.9 ± 2.4y | -x | 3.6 ± 0.3 | - | 1.0 ± 0.0 | b | 4.0 ± 0.0 | - | 4.5 ± 0.1 | c | 3.1 ± 0.1 | b | 0.64 ± 0.05 | b | 0.04 ± 0.00 | b | 12.7 ± 1.0 | c | |
| NSHw20 | 22.7 ± 0.3 | - | 3.2 ± 0.1 | - | 1.2 ± 0.0 | ab | 4.0 ± 0.0 | - | 4.8 ± 0.2 | bc | 3.8 ± 0.2 | a | 0.88 ± 0.03 | a | 0.07 ± 0.01 | a | 10.5 ± 0.9 | c | ||
| NSH25 | 22.8 ± 1.4 | - | 3.1 ± 0.1 | - | 1.2 ± 0.1 | a | 4.0 ± 0.0 | - | 5.3 ± 0.3 | ab | 3.9 ± 0.1 | a | 0.94 ± 0.10 | a | 0.06 ± 0.01 | ab | 17.9 ± 1.3 | b | ||
| NSH30 | 26.2 ± 2.6 | - | 3.4 ± 0.1 | - | 1.4 ± 0.1 | a | 4.0 ± 0.0 | - | 5.5 ± 0.2 | a | 3.6 ± 0.1 | a | 1.04 ± 0.14 | a | 0.07 ± 0.01 | a | 29.2 ± 0.2 | a | ||
| 4W | Control | 32.1 ± 1.2 | - | 10.5 ± 0.4 | - | 2.6 ± 0.1 | b | 6.0 ± 0.0 | a | 9.2 ± 0.7 | - | 7.2 ± 0.3 | - | 5.07 ± 0.26 | b | 0.60 ± 0.03 | - | 23.6 ± 0.4 | c | |
| NSH20 | 29.3 ± 0.5 | - | 10.4 ± 0.5 | - | 2.7 ± 0.1 | b | 5.5 ± 0.2 | b | 9.2 ± 0.3 | - | 7.7 ± 0.3 | - | 5.37 ± 0.31 | b | 0.54 ± 0.06 | - | 24.6 ± 0.1 | c | ||
| NSH25 | 29.8 ± 1.1 | - | 11.0 ± 0.5 | - | 3.0 ± 0.1 | a | 5.9 ± 0.1 | a | 9.5 ± 0.2 | - | 8.0 ± 0.2 | - | 6.55 ± 0.56 | a | 0.54 ± 0.02 | - | 34.1 ± 1.1 | b | ||
| NSH30 | 30.3 ± 0.3 | - | 10.9 ± 0.1 | - | 3.1 ± 0.0 | a | 6.0 ± 0.0 | a | 9.7 ± 0.1 | - | 7.7 ± 0.2 | - | 6.65 ± 0.15 | a | 0.66 ± 0.02 | - | 48.9 ± 2.5 | a | ||
Table 5.
Effects of different root-zone temperatures on the growth characteristics (2 weeks) and the harvest characteristics (4 weeks) of water spinach (Ipomoea aquatica Forsk.) during the low temperature season.
| DATz | Treatment |
Contents of chlorophyll |
Plant height (cm) |
Stem diameter (mm) |
No. of leaves (ea) |
Leaf length (cm) |
Leaf width (cm) | Shoot | Root | |||||||||||
|
Fresh weight (g) |
Dry weight (g) |
Root length (cm) | ||||||||||||||||||
| 2W | Control | 32.9 ± 1.3y | -x | 5.9 ± 0.1 | bc | 3.4 ± 0.1 | a | 4.4 ± 0.2 | - | 10.9 ± 0.3 | - | 1.0 ± 0.0 | - | 1.48 ± 0.04 | b | 0.15 ± 0.01 | b | 16.3 ± 0.9 | b | |
| NSHw20 | 29.9 ± 1.5 | - | 5.5 ± 0.0 | c | 3.5 ± 0.1 | a | 4.7 ± 0.2 | - | 10.7 ± 0.0 | - | 1.0 ± 0.2 | - | 1.54 ± 0.06 | b | 0.16 ± 0.02 | b | 16.9 ± 0.9 | b | ||
| NSH25 | 31.6 ± 0.5 | - | 6.3 ± 0.3 | ab | 3.0 ± 0.1 | b | 4.7 ± 0.2 | - | 11.8 ± 0.3 | - | 1.1 ± 0.1 | - | 1.64 ± 0.09 | b | 0.16 ± 0.02 | b | 23.1 ± 0.1 | a | ||
| NSH30 | 33.8 ± 0.6 | - | 7.0 ± 0.3 | a | 3.6 ± 0.2 | a | 5.0 ± 0.0 | - | 12.2 ± 0.6 | - | 1.3 ± 0.0 | - | 2.33 ± 0.13 | a | 0.21 ± 0.02 | a | 24.6 ± 0.1 | a | ||
| 4W | Control | 36.5 ± 0.8 | bc | 9.7 ± 0.1 | c | 5.0 ± 0.1 | b | 8.8 ± 0.4 | ab | 12.6 ± 0.5 | c | 1.7 ± 0.1 | c | 4.14 ± 0.22 | c | 0.51 ± 0.03 | b | 24.9 ± 1.0 | c | |
| NSH20 | 33.9 ± 1.3 | c | 9.5 ± 0.4 | c | 4.6 ± 0.1 | c | 8.0 ± 0.1 | b | 12.5 ± 0.1 | c | 1.6 ± 0.1 | c | 3.96 ± 0.21 | c | 0.29 ± 0.03 | c | 27.5 ± 1.7 | b | ||
| NSH25 | 37.6 ± 0.3 | b | 10.7 ± 0.3 | b | 5.0 ± 0.1 | b | 8.3 ± 0.1 | b | 14.7 ± 0.4 | b | 2.0 ± 0.1 | b | 5.29 ± 0.03 | b | 0.26 ± 0.02 | c | 29.7 ± 0.3 | ab | ||
| NSH30 | 43.4 ± 0.8 | a | 12.5 ± 0.2 | a | 5.7 ± 0.2 | a | 9.2 ± 0.2 | a | 17.4 ± 0.4 | a | 2.2 ± 0.1 | a | 8.47 ± 0.46 | a | 0.78 ± 0.09 | a | 31.2 ± 0.2 | a | ||
양이온(Ca2+, Mg2+, K+, Na+) 농도는 생육 초기(11DAT)에는 가온 온도에 따른 경향성이 없었으나, 14 DAT부터 최종 수확까지 30℃ 처리구에서 농도가 높았다(Fig. 2). Na+은 생육 초기 12.51－13.14 mg/L에서 꾸준히 증가하여 수확 시 36.07－43.71 mg/L까지 농도가 증가하였다(Fig. 2D). 이는 Na+이 실험 재료를 포함한 대부분의 식물에서 생육과 발달에 필수적인 영양소가 아니므로 흡수 및 이용이 제한적이기 때문에 순환 양액 내에 Na+가 더 많이 축적된 것으로 생각된다. 음이온(Cl-, NO3-, PO42-, SO42-)은 이온별로 재배기간내 변화양상이 달랐다(Fig. 3). Cl-와 PO42-은 생육 초기부터 후반까지 가온 온도에 따른 경향성과 통계적 유의차는 거의 확인되지 않았다(Fig. 3A, 3C). PO42-는 14 DAT에 가장 높은 농도를 보였으나 점차 감소해 수확 시에는 20－60 mg/L의 낮은 농도를 보였다(Fig. 3D). NO3-와 SO42-은 양액 가온 온도가 높을수록 농도가 높아지는 경향을 보였다(Fig. 3B, 3D). 표준 양액은 8DAT와 19DAT에 순환 탱크별로 약 50L씩 공급하였으며, 이로 인한 개별 이온의 농도 변화는 거의 없었다(Figs. 1, 2, 3).
엽채류는 관행적으로 재배 편의성 확보를 위해 동일한 조성의 범용 엽채류 조성을 사용해 재배하나, 개별 작물마다 양분 요구도와 우선 흡수 이온의 종류가 다르다(Choi 등, 2005; Ahn 등, 2022). 본 실험에서는 향신채소 4종을 동일한 순환 탱크 내 양액을 사용해 재배하였기 때문에 양액의 특성 및 개별 무기이온의 농도 변화가 특정 작물의 이온 흡수 특성과 생육 수준을 반영했다고 해석하기는 어렵다. 또한 특정 작목의 양수분 흡수 패턴이 무기이온 조성 등 양액의 특성 변화를 유발해 다른 작목의 생육에 영향을 미치는 작목별 상호작용을 완전히 배제하기는 어렵다. 이후 양액 가온 처리에 따른 작물별 이온 흡수 패턴 분석을 위해서는 작물별, 온도별로 추가적인 실험이 필요할 것으로 생각된다.
3. 근권부 온도에 따른 호냉성 향신채소 2종(루꼴라, 고수)의 생육 및 수량
채소는 생육 온도, 이용 또는 식용 부위, 식물학적 분류, 내염성, 내산성 등 다양한 기준에 따라 분류한다. 생육 온도에 따른 채소 분류는 생육 적온에 따라 호냉성(cool-season)과 호온성(warm-season)으로 분류된다. Welbaum(2015)에 따르면 호냉성 채소는 평균 생육 온도 10－18℃ 범위를 선호하며, 양배추, 상추, 감자, 당근 등이 있다. 반면, 호온성 채소는 평균 생육 온도 18－30℃ 범위를 선호하며 열대지역 기원이거나 영년생인 경우가 많으며, 오이, 멜론, 수박, 고추, 가지 등이 있다.
저온기 동일한 지상부 환경(온도, 광도 등)에서 순환 탱크 내 양액 가온을 통해 근권부 온도를 높여 호냉성 채소 2종(루꼴라, 고수)와 호온성 채소 2종(바질, 공심채)를 재배하며 정식 2주차와 4주차에 생육 및 수량을 조사하였다. 재배기간 동안 온실 내부의 일일 최저, 평균, 최고 온도는 각각 13.75℃, 18.66℃, 30.08℃였으며, 재배 기간 중 최저 온도는 9.97℃였다(Table 1). 베드별 평균 근권부 온도는 대조구 17.17℃, NSH20 18.62℃, NSH25 21.41℃, NSH30 24.61℃였다. 대조구의 근권부 최저 온도는 평균 15.03℃로 근권부 저온으로 인한 뿌리 생육 저하와 지상부 생육 감소 유발(Levine 등, 2023)이 우려된다. 근권부 온도는 뿌리의 생육 및 발달, 양수분 흡수, 광합성, 동화산물 분배 등 다양한 작물 생리에 영향을 끼친다(Arkin과 Taylor, 1981; Hayashi 등, 2024; Klock 등, 1997; Levine 등, 2023; Udagawa 등, 1991; Yamori 등, 2022).
루꼴라의 정식 2주차 생육조사 결과 엽수를 제외한 모든 항목에서 통계적 유의차가 없었다(Table 2). 정식 4주차 수확 조사 결과 엽록소 함량과 근장은 대조구 및 처리구간 유의한 차이가 없었으나, 엽수, 엽장, 엽폭, 엽면적, 지상부 생체중·건물중은 양액 가온 처리를 하지 않은 대조구, NSH30, NSH25가 유사했다(Table 2). 루꼴라는 대조구의 평균 근권부 온도 17.17℃에서 양수분 흡수 저해로 인한 생육 저하 및 생리 장해는 확인되지 않았다(Fig. 4). 루꼴라의 생육 적온은 15－25℃로 비교적 서늘한 생육 환경을 좋아하는 호냉성 작목이다(Silva 등, 2009). 본 실험에서 저온기 루꼴라 분무경 재배 시 지상부 온도 환경을 최저 13℃ 수준으로 유지하면 근권부 온도와 관계없이 양호한 생육을 보였다. 작물의 근권부 최적 온도는 정해진 최적 값이 있는 게 아니라 지상부 온도에 따라 달라질 수 있다(Gosselin과 Trudel, 1984). 근권부 온도 제어를 통해 부적절한 지상부 환경으로 인한 온도 스트레스 및 생육 저하를 줄일 수 있으나, 지상부 환경이 생육 적정 범위에 있는 경우 근권부 온도 제어를 통한 보상 효과가 크지 않을 수 있다.
고수의 2주차 생육 조사 결과 엽록소함량, 엽수, 엽면적, 지상부 생체중·건물중은 통계적으로 유의한 차이가 없었으나, 근장은 NSH25, NSH30가 대조구에 비해 통계적으로 유의하게 높았다(Fig. 5, Table 3). 이는 토마토 재배 시 근권부 가온을 한 경우 생육 초기부터 높은 생장률과 뿌리 건물중을 보이는 것과 유사하였다(Kawasaki 등, 2014). 4주차 수확 조사 결과 NSH30에서 엽수가 통계적으로 유의하게 높았으나, 생체중과 건물중은 유의한 경향성을 보이지 않았다(Table 2). 생육 초기에 차이가 났던 근장 또한 4주차 수확 조사에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 일반적으로 작물의 생육은 시그모이드 곡선 형태로 성장하므로(Yin 등, 2003), 초기 생장률이 빠르고 후기로 갈수록 생장률이 늦어진다. 고수 분무경 재배 시 양액 가온을 통해 근권부 온도를 높였을 때, 대조구에 비해 초기에 뿌리의 성장 속도가 빨라 근장 발달 등 뿌리가 빠르게 발달했으나, 이후 근권부 성장이 둔화되고 성숙 단계에 들어서면서 수확 조사 시에는 근장 등 뿌리 발달이 무처리구와 처리구간 차이가 확인되지 않은 것으로 생각된다.
대표적인 호냉성 작목인 상추는 본 실험에서 사용한 루꼴라, 고수와 달리 수경재배 시 양액 가온에 따른 근권부 가온을 통한 생육 및 수량 개선이 보고된 바가 있다(Hooks 등, 2022; Miller 등, 2020). Hook 등이 저온기 DWC(Deep Water Culture) 방식으로 어린잎 채소를 재배했을 때 온실 내부 기온이 평균 14.3℃였을 때 양액 가온 온도를 22℃로 설정한 결과 양액 가온 처리구에서 상추의 지상부 생체중과 건물중의 유의한 증가가 확인되었다(Hooks 등, 2022). Miller 등이 겨울철 CFT(Constant Flood Table)와 NFT 방식으로 재배하여 양액 가온이 작물의 생산에 미치는 영향을 분석했을 때, 내부 기온이 평균 13.7℃인 온실에서 양액 온도를 18.8℃로 높인 경우, 무처리구(13.2℃)에 비해 지상부 생체중이 통계적으로 유의하게 증가하였다(Miller 등, 2020). 이는 유사한 생육 적온을 가진 작목일지라도 지상부 환경 조건과 작목 및 품종, 재배 방법 등에 따라 양액 가온 효과가 다를 수 있음을 나타낸다.
4. 근권부 온도에 따른 호온성 향신채소 2종(바질, 공심채)의 생육 및 수량
바질의 정식 2주차 생육 조사 시 양액 가온에 의한 생육 개선 효과가 확인되었다. 경경, 엽장, 엽폭, 지상부 생체중·건물중, 근장은 NSH30에서 가장 유의하게 높았으며, 전체적으로 대조구 대비 가온 처리구에서 생육이 우수했다(Fig. 6, Table 4). 고수의 경우 2주차 생육 조사 시 근장이 NSH30에서 대조구 대비 약 29% 증가했으나, 바질의 경우 2주차 생육 조사 시 근장이 NSH30에서 대조구 대비 129% 증가했다. 이는 바질은 호온성 작목으로 저온에 더 민감하게 반응하며 근권부 가온에 따른 보상효과가 더 큰 것으로 생각할 수 있다. 정식 4주차 수확 조사 결과 경경, 생체중, 근장이 NSH25, NSH30에서 통계적으로 유의하게 우수했다(Table 4). 다만 바질의 생육을 평가하는 주요 결과 지표인 경경과 생체중이 NSH25, NSH30에서 통계적 유의차가 없었다(Table 4). 지상부 최저 온도를 13℃ 수준으로 유지하는 경우 양액 가온 설정온도를 30℃로 높이는 것보다 25℃로 설정하는 것이 더 경제적이고 효율적인 근권부 관리 방법이라 할 수 있다.
공심채의 정식 2주차 생육 조사 결과 엽록소 함량, 엽수, 엽장은 대조구 및 처리구간 차이가 없었으나, 초장, 경경, 지상부 생체중·건물중, 근장은 NSH30에서 통계적으로 유의하게 증가했다. 근장은 NSH30에서 대조구 대비 약 51% 증가하였다. 같은 호온성 작목인 바질도 생육 초기에는 가온 설정온도에 따른 지상부 생체중·건물중의 차이가 통계적으로 유의하게 확인되지 않았으나, 공심채는 생육 초기부터 NSH30에서 통계적으로 유의한 지상부 생체중·건물중을 보였다. 공심채는 정식 4주차 수확 조사 결과 엽록소 함량, 초장, 경경, 엽수, 엽장, 엽폭, 지상부 생체중·건물중, 근장 모두 NSH30에서 통계적으로 유의했다. 특히 초장, 엽장, 엽폭, 지상부 생체중, 근장 모두 근권부 온도가 높을수록 통계적으로 유의하게 높았다(Table 5). NSH30에서 NSH25 대비 생체중이 60% 높게 증수하였으므로(Table 5) 공심채는 양액 가온 기준 온도를 30℃로 설정하는 것이 더 경제적인 것으로 보인다. 다만 일반적으로 토경 또는 배지경 재배 시 근권부 온도가 높아질수록 용존 산소량이 감소해 작물의 호흡이 저해되어 작물의 생육이 불량해질 수 있으나, 분무경은 근권부가 공기 중에 노출되어 있는 산소 공급이 용이해(Lakhiar 등, 2018) 일반 토경 또는 배지경에 비해 양액 온도를 상대적으로 높게 설정할 수 있을 것으로 생각된다. 바질 수확 조사 시 NSH30에서 근장과 생체중은 대조구 대비 각각 107%, 31% 더 높았다. 반면, 공심채 수확 시 NSH30에서 근장과 생체중은 대조구 대비 각각 25%, 107% 더 높았다. 이러한 작목 간의 지상부와 지하부의 생육 차이는 공심채의 뿌리 발달 특성과 관련이 있을 것으로 생각된다. 공심채는 수생 또는 반수생 식물로 주근을 밑으로 깊게 뻗기 보다는 곁뿌리를 많이 형성해 얕고 넓게 퍼지는 뿌리 형태를 갖는다. 수확 조사 시 근장은 비슷하지만 가온 설정온도가 높을수록 뿌리의 수와 잔뿌리 발달 정도가 우수함을 확인하였다(Fig. 7).
저온기 동일한 지상부 환경 하에서 근권부 온도에 따른 향신채소 4종의 생육 및 수량을 비교한 결과 작목마다 다른 변화를 보였다. 호냉성 작목인 루꼴라와 고수는 처리간 통계적 유의성이 거의 확인되지 않았던 반면, 호온성 작목인 바질과 공심채는 근권부 온도 상승에 의한 생육 및 수량 개선이 확인되었다. 기존 문헌에서도 고온기 엽채류 분무경 재배 시 근권부 온도 제어에 따른 생육 및 수량 개선 효과가 보고된 바 있다(He 등, 2016; He와 Lee, 1998). Hooks 등(2022)에 따르면 동일한 온실과 재배 시스템, 양액 가온 처리 하에도 지상부 온도에 따라 양액 가온에 따른 생육 및 수량 개선 효과의 차이가 있었다. 온실 내부 온도 작물의 생육 특성을 고려한 근권부 온도 제어를 통해 지상부 생육 및 수량 개선을 할 수 있을 것으로 생각된다.
결 론
최근 건강과 환경에 대한 관심 증가로 엽채류에 대한 연중 수요가 증가하고 있으며, 특히 다양한 맛과 식감을 가진 향신채소에 대한 수요가 증가하고 있다. 국내 수요가 많은 향신채소 4종(루꼴라, 고수, 바질, 공심채)을 분무경 재배 시 양액 가온 온도에 따른 근권부 온도 변화를 확인하고, 근권부 온도 변화가 작물의 생육 및 수량에 미치는 영향을 분석하였다. 실험 온실의 일별 최저온도는 13.75℃였으며, 대조구의 근권 온도는 평균 17.17, 일별 최저온도는 13.35℃였다. 동일한 지상부 환경에서 양액 가온 온도를 각각 20, 25, 30℃로 설정했을 때, 근권부 내에 평균온도는 각각 18.62, 21.41, 24.61℃였다. 이는 배지의 완충능력이 없는 분무경 재배 시 양액 가온을 통해 근권부 온도 제어가 가능함을 의미한다. 양액 가온을 통한 근권부 온도 상승이 향신채소 4종(루꼴라, 고수, 바질, 공심채)의 생육 및 수량에 미치는 영향을 분석하였다. 호냉성 작목인 루꼴라와 고수는 근권부 온도 조절의 보상 효과가 제한적이었으나, 호온성 작목인 바질과 공심채는 근권부 가온 시 생체중 및 수확량이 크게 증가하였다. 바질은 NSH25와 NSH30에서 생육 및 수량 개선 효과가 유사하게 나타났으며, 경제적 효율을 고려하면 25℃로 설정하는 것이 적합할 것으로 생각된다. 반면 공심채는 NSH30에서 대조구 대비 107%, NSH25 대비 60% 더 증수한 결과로 보아 양액 가온 설정 온도를 30℃ 비교적 더 높게 설정하는 것이 적합할 것으로 생각된다. 근권부 온도에 따른 지상부 생육 개선은 지상부 온도 조건과 작목·품종에 따라 그 효과가 다양하게 나타날 수 있다. 본 연구는 저온기 분무경 재배 시 향신채소별 생육 특성에 맞는 근권부 온도 제어 전략을 제시하였다. 향후 지상부 환경과 작목의 특성을 고려한 근권 온도 제어 기술의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
